本发明涉及一种基于风光互补技术的室内照明系统，即一种包含微网的室内灯光照明系统，特别涉及一种用于智能小区的风光互补微网应用系统。
背景技术：
随着人们环保意识的不断提高，近年来各国家已将新能源的开发利用提高到了一个新的战略高度。在科研人员的不断努力下，新能源技术特别是风力发电和光伏发电技术已经从实验室走进了寻常的城市生活中。我国风力资源丰富、光照条件充足，在大多数地区均能满足风力发电机和太阳能电池板的使用要求。微网是一种可融合多种微电源的小型电网，并可接入电网主网使用，其作为新能源领域中的新分支，现已在诸多领域已获得广阔的应用前景。
日前，以风力发电和光伏发电为主的新型智能微网系统已经获得了广泛的应用。特别是在民用微网的建设过程中，越来越多的并网型甚至是孤岛型微网已经投入使用。但这种利用方式仍然处于浅层次、低效率的实践阶段，更高层次的利用方式和利用策略仍然有待科研人员的进一步探究和摸索。
事实上，在近些年的发展历程中，特别是随着智能小区、智能家居的普及，微网技术又被赋予了新的内涵。相对于通常意义上的小区，智能小区不仅能够实现能源的最大利用，更能够通过相关的科技方法和手段获得更为智能的创造性的应用方式。这些方式不仅减少了人力成本，更美化了小区，方便了居民的日常生活。
在综合智能小区和微网技术的过程中，人们将新能源融合到了智能小区的建设布局当中，特别是风能和太阳能的收集利用更为智能小区的发展提供了更多的可能性。近年来人们致力于基于风光互补本身的微网开发和改进，或通过简单的风光互补系统设计路灯或广告牌，而对微网系统的附加价值特别是针对跨学科开发的案例较少。
照明设计是室内设计中的重要学科领域，它涉及到室内照明系统的方方面面，是建筑美学的重要组成部分。传统的室内照明系统常常采用单一照度或单一色温的照明方式，即使采用了可调光源，融入智能系统的室内照明系统也并不常见。在科研人员的努力下，也出现了很多智能家居、智能照明方案，诸如采用传感器监测控制室内灯光的方法，但这种设计方案常常出现与实际情景相违背的情况。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种基于风光互补技术的室内照明系统，其能量的来源为风能和太阳能，在这两种能源供给不足的情况下可由电网主网提供能量；同时，本发明可根据风力发电机和太阳能电池板的功率情况提取天气参数，结合室内传感器和控制器改变室内的照明方案。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于风光互补技术的室内照明系统，包括垂直轴风力发电机、太阳能电池板、三相整流器、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、蓄电池、MPPT控制器、并网接口控制装置、室内的控制器和传感器、室内可调色光源、5V USB接口、控制开关，垂直轴风力发电机与三相整流器和MPPT控制器相连，并通过DC／DC变换器连接到直流母线；太阳能电池板直接连接到DC/DC变换器和MPPT控制器，并连接直流母线；直流母线通过DC／AC逆变器变换后连接到交流母线，为负载光源供电；同时直流母线中的电能又经过控制开关送至5V USB接口，为室内灯具供电；室内的控制器和传感器获得相关数据，控制光源的照度和色温。
本发明的进一步改进在于：其能量输入形式为风力发电和太阳能发电，在能量输入不足的情况下通过电网主网补充能量；其能量输出形式为市售交流电和5V直流电，分别为普通灯具和专用台灯、阅读灯供电。
本发明的进一步改进在于： MPPT控制器为一种基于风光互补特性的DSP2812的32位高性能处理器，并结合了室内的控制器和传感器构成整个系统中的灯光控制系统，主要调节光线的照度和色相，MPPT控制器运行一种参数，这种参数为一种基于风力发电和光伏发电比例的组合参数，MPPT控制器结合由室内的控制器和传感器所获得的室内光照数据，获得室内照度和色相数据。
本发明的进一步改进在于：当太阳能电池板功率较小或近似为零时可认为室外光照条件弱，可通过调节光源亮度补充室内光线；当太阳能电池板功率较大时可认为室内光照条件较强，可通过调节光源亮度减弱室内光照强度；当风力发电机处于大功率状态时可认为室外为阴雨天气，此时可控制室内光源为暖色光；当风力发电机和太阳能电池板同时处于大功率状态时可控制室内射灯亮度。
本发明的进一步改进在于：支持微网并网运行模式，即使在风光条件都很差的条件下仍然可以视为一种室内光源的信号，并可通过电网中的电力为室内光源供电。
本发明的进一步改进在于：可以从本地区不同分布式电源获得电力，在分布式能源储存电量不足的情况下还可以从电网主网获得电量，此方法为电网中的电量利用、分布式电源中的蓄电池电量储存提供不同的可能性，为电力资源调度提供灵活度。
本发明的进一步改进在于：系统还设计有一个用于控制室内光源通断的总开关，所述总开关确保在无人使用室内灯具时室内光源处于关闭状态，与此同时垂直轴风力发电机和太阳能电池板仍然处于工作状态，为微网内的蓄电池供电。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、将新能源技术与室内照明设计有机相连，为新能源技术特别是以风光互补为基础的微网技术提供了新的应用思路；
2、为智能小区照明系统提供了一种切实可行的解决方案，可根据当地天气状况实时调节，获得更好的照明系统参数值；
3、采用新能源的方式为小区供电，特别地采用风力发电和光伏发电的组合发电方式，提高了微网内分布式电源的可靠性与安全性，克服单一微电源供电的间歇性问题；
4、采用DSP2812作为控制器，提高了跟踪精度和速度，并且直接对其功能进行附加，节约了设计、安装、维护成本；
5、本发明通过外界特别是新能源装置提供照度及色温信息，形成个性的照明方案。
附图说明：
图1是本发明的模块图；
图中标号：1-垂直轴风力发电机、2-太阳能电池板、3-三相整流器、4- DC/DC变换器4、5- DC/AC逆变器、6-蓄电池、7- MPPT控制器、8-直流母线、9-交流母线、10-控制开关、11-5V USB接口、12-控制器和传感器、13-220v室内输出。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1示出了本发明一种基于风光互补技术的室内照明系统的一种实施方式，从宏观上看可以认为由电力产生环节、电能变换环节、控制环节和照明环节组成，在有电网主网参与的前提下，还存在并网环节；从微观上看，该系统可认为由垂直轴风力发电机1、太阳能电池板2、三相整流器3、DC/DC变换器4、DC/AC逆变器5、蓄电池6、MPPT控制器7、并网接口控制装置、室内的控制器和传感器12、室内可调色光源、5V USB接口11、控制开关10等设备组成。垂直轴风力发电机和太阳能电池板置于屋顶，可最大限度地获得风能和太阳能；垂直轴风力发电机与三相整流器和DC／DC变换器连接到直流母线8侧，再经过蓄电池并将多余电力通过DC／AC逆变器转化成交流电输送至电网主网，供负载用电；太阳能电池板与DC／DC变换器直接相连供直流负载使用，蓄电池存储多余的电力再经过DC／AC逆变器连接到电网主网，为交流负载供电。
本发明采用基于风光互补技术的微网系统作为能源主要的供给单元：利用小区内能够收集获得的太阳能和风能作为电网中光源的部分能量来源。对于现代智能小区来说，通常屋顶具有足够的可施工面积。垂直轴风力发电机可适用于高楼林立、风场条件较为苛刻的场合，而太阳能电池板可在能够被阳光能够照射到的地方使用，这两者在能源的供给上具有一定的互补性；与此同时，这两者的最大功率值可作为一种建设地气象条件判断的依据，从而获得一种室内灯具照度和色相的参考值；风力发电机产生交流电，经过三相整流器和DC／DC变换器对所获得的电能进行转化，再送至直流母线；太阳能电池板将产生的电能直接通过DC／DC变换器送至直流母线；同时，为了实现最大功率跟踪和数据采集，采用DSP2812的32位控制器；将部分电量存至蓄电池，若蓄电池饱和则通过DC／AC逆变器，将直流电转化为交流电：当蓄电池的能量能够确保负载内供电时，可将多余的电力继续储存，超出蓄电池电量存储最大限额时，将多余的电力送至电网主网；当蓄电池储存的电力不足时，可从电网主网为电路中的负载供电，以确保负载的正常工作使用。风力发电机和太阳能电池板使用DSP2812作为MPPT控制器，该控制器所采集的数据作为室内照明设计的主要依据。同时该控制器还具备电压电流采集模块、PWM驱动模块等。在室内安装相关的传感器及相应的控制器，结合MPPT控制器获得的实时天气数据，为室内用户提供照度和色温参数。
本发明设计了一种风力发电和光伏发电最大功率参数，这两种发电方式具有极强的互补性，因此该参数可结合风力发电和光伏发电的最大功率情况大致判断该地区的天气状况，结合室内传感器，确定室内照明设计方案。方案中，按照常见的筒灯、吸顶灯、吊灯、壁灯、立灯进行分类分别设计，并且根据室内环境及场景的变化选择合适的照明色。事实上，由风力发电机和太阳能电池板的最大功率数据可以获得一个二维函数。一般认为，当风力发电机处于大功率状态、太阳能电池板也处于大功率状态时，可以使用偏暗的暖色光；当风力发电机处于大功率状态、太阳能电池板处于小功率状态时，可以使用偏亮的暖色光；当风力发电机处于小功率状态、太阳能电池板处于大功率状态时，可以使用偏暗的冷色光；当风力发电机处于小功率状态，太阳能电池板处于小功率状态时，可以使用偏亮的冷色光。同时，对于不同用户在不同场景下的需求，应有不同的定制。
本发明对不同的应用场景进行不同的设计，严格遵循标准的室内设计和灯光设计准则，结合MPPT控制器、室内传感器所获得的参数，利用室内控制器对灯光的照度和色温进行控制。客厅常使用吊灯、筒灯、射灯和台灯，亮度可根据具体的光线照射范围在50lx至200lx之间调光；饭厅常使用筒灯、吊灯和壁灯，通常需要将全体亮度稳持在50lx左右，需要突出的物体将亮度维持在300lx左右；厨房一般安装吸顶灯、筒灯和荧光灯，在操作台处应安装白色灯，通常需要将整体亮度控制在100lx左右，而操作台的亮度控制在300lx左右；对于卧室而言，一般安装筒灯、读书灯和荧光灯，应使用低照度、低色温的光源；对于书房或儿童房，常安装吸顶灯、筒灯或台灯，整体亮度应控制在100lx左右，而用于阅读的台灯应将亮度控制在750lx左右，地面亮度则控制在100lx至200lx；衣柜和储物间常使用荧光灯、LED灯和吸顶灯，整体亮度控制在30lx左右；卫生间、洗漱室和浴室安装壁灯、吊灯和筒灯，将亮度控制在75lx左右；走廊或楼梯安装脚边灯、壁灯、吊灯或筒灯，亮度在白天可控制在50lx左右，而夜间则需要控制在10lx左右；此外，对于甲板式平台或露台，通常使用壁灯、射灯或筒灯，选用暖色光源。
本发明针对部分低频闪灯具设计了5V USB接口直流电源提供电力。对于某些可移动灯具，常常使用USB数据线和电源适配器相结合的供电方式，本专利可省去电源适配器环节，方便可移动式灯具的使用；
本发明还充分考虑到了随季节更替风力和光能资源可能出现的变化情况。在具体设计方案实施之前应充分了解该地区的月平均温度、阳光辐射角度、安装高度的平均风力等信息，设计合理的本地参数值，设计出适合本地气象条件的照明方案。
设计控制开关环节，在业主不需要使用室内光源时，可及时切断电源，节约垂直轴风力发电机和太阳能电池板产生的电力。
最终的设计效果应结合本地的气象情况、MPPT控制器测试得到的实时数据、室内传感器测得的实时数据、户主的实际需要综合得出。根据室内设计的相关要求，室内灯具大致可分为筒灯、吸顶灯、吊灯、壁灯、立灯；根据使用环境又可分为门廊、楼梯、客厅、卧室、餐厅、厨房、收纳室、书房、浴室等。这些需要根据实际情况分别设计。
本发明还涉及并网接口。在基于风光互补的微网系统不能满足用户供电的情形下也可以从电网主网获得的电力，同时，较低的功率也将在室内照明系统的控制中得到相应体现。在防火门或出入口处设计一个室内灯光的总开关，此总开关仅控制室内光源的开关，并不控制整个系统中其他部分的通断，即在不使用室内光源时垂直轴风力发电机和太阳能电池板可仅为蓄电池供电、储能供需要时使用。
最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。